Control de velocitat del ventilador de CA mitjançant arduino i triac

AVÍS !! El diagrama de circuits tractat en aquest projecte només té finalitats educatives. Tingueu en compte que treballar amb tensió de corrent altern de 220 V requereix extremes precaucions i que s'han de seguir els procediments de seguretat. No toqueu cap dels components ni cables quan el circuit estigui en funcionament.

És fàcil encendre o apagar qualsevol electrodomèstic mitjançant un commutador o mitjançant algun mecanisme de control, tal com hem fet en molts projectes d'automatització domèstica basats en Arduino. Però hi ha moltes aplicacions en què hem de controlar parcialment la potència de CA, per exemple, per controlar la velocitat del ventilador o la intensitat d’un llum. En aquest cas, s’utilitza la tècnica PWM, de manera que aquí aprendrem com utilitzar PWM generat per Arduino per controlar la velocitat del ventilador de CA amb Arduino.

En aquest projecte, demostrarem el control de velocitat del ventilador Arduino AC mitjançant TRIAC. Aquí es fa servir el mètode de control de fase del senyal de corrent altern per controlar la velocitat del ventilador de corrent altern, mitjançant senyals PWM generats per Arduino. En un tutorial anterior, controlàvem la velocitat del ventilador de CC mitjançant PWM.

Components necessaris

1. Arduino UNO
2. 4N25 (detector de creuament zero)
3. Potenciòmetre de 10 k
4. MOC3021 0pto-coupler
5. (0-9) V, 500 mA Stepdown Transformer
6. BT136 TRIAC
7. Ventilador de corrent altern de 230 VCA
8. Connexió de cables
9. Resistències

Funcionament del control de ventilador de CA mitjançant Arduino

El treball es pot dividir en quatre parts diferents. Són les següents

1. Detector de creuament zero

2. Circuit de control d’angle de fase

3. Potenciòmetre per controlar la quantitat de velocitat del ventilador

4. Circuit de generació de senyal PWM

1. Detector de creuament zero

El subministrament de CA que obtenim a la nostra llar és de 220 V CA RMS, 50 Hz. Aquest senyal de corrent altern és de naturalesa i canvia la seva polaritat periòdicament. A la primera meitat de cada cicle, flueix en una direcció assolint el màxim voltatge i després disminueix fins a zero. Aleshores, en el següent mig cicle, flueix en direcció alternativa (negativa) fins a una tensió màxima i torna a zero. Per controlar la velocitat del ventilador de CA, cal picar o controlar la tensió màxima dels dos cicles mitjans. Per a això, hem de detectar el punt zero des del qual es vol controlar / picar el senyal. Aquest punt de la corba de tensió on la tensió canvia de direcció s’anomena pas de tensió zero.

El circuit que es mostra a continuació és el circuit del detector de pas zero que s’utilitza per obtenir el punt de pas zero. En primer lloc, la tensió de 220 V CA es redueix a 9 V CA mitjançant un transformador descendent i després s’alimenta a un optoacoblador 4N25 als seus pins 1 i 2. L’optoacoblador 4N25 té un LED incorporat amb el pin 1 com a ànode i el pin 2 com a càtode. Així, segons el circuit següent, quan l’ona de corrent altern s’acosta al punt de creuament zero, el LED incorporat de 4N25 s’apagarà i, com a resultat, el transistor de sortida de 4N25 també s’apagarà i el pin de pols de sortida estirar-se fins a 5V. De la mateixa manera, quan el senyal augmenta gradualment fins al picpunt, llavors el LED s’encén i el transistor també s’encén amb el pin de terra connectat al pin de sortida, cosa que fa que aquest pin sigui 0V. Mitjançant aquest pols, es pot detectar el punt de creuament zero mitjançant Arduino.

2. Circuit de control d'angle de fase

Després de detectar el punt de creuament zero, ara hem de controlar la quantitat de temps en què la potència estarà ON i OFF. Aquest senyal PWM decidirà la quantitat de voltatge que surt el motor de corrent altern, que al seu torn en controla la velocitat. Aquí s’utilitza un BT136 TRIAC, que controla la tensió de corrent altern, ja que és un interruptor electrònic de potència per controlar un senyal de voltatge de corrent altern.

TRIAC és un commutador de CA de tres terminals que es pot activar mitjançant un senyal de baixa energia al terminal de la porta. En SCR, només condueix en una direcció, però en el cas de TRIAC, la potència es pot controlar en ambdues direccions. Per obtenir més informació sobre TRIAC i SCR, seguiu els nostres articles anteriors.

Com es mostra a la figura anterior, el TRIAC s’activa amb un angle de tir de 90 graus aplicant-li un petit senyal d’impuls de porta. El temps "t1" és el temps de retard que es dóna segons el requisit de regulació. Per exemple, en aquest cas, l'angle de cocció és del 90%, per tant la potència de producció també es reduirà a la meitat i, per tant, la llum també brillarà amb intensitat mitjana.

Sabem que la freqüència del senyal de CA és de 50 Hz aquí. Per tant, el període de temps serà 1 / f, que és de 20 ms. Durant un mig cicle, això serà de 10 ms o 10.000 microsegons. Per tant, per controlar la potència d'una làmpada de corrent altern, el rang de "t1" es pot variar entre 0-10000 microsegons.

Optocoplador:

L’optocoplador també es coneix com a optoisolador. S'utilitza per mantenir l'aïllament entre dos circuits elèctrics com els senyals de corrent continu i de corrent altern. Bàsicament, consisteix en un LED que emet llum infraroja i el fotosensor que la detecta. Aquí s’utilitza un optoacoblador MOC3021 per controlar el ventilador de corrent altern des dels senyals del microcontrolador, que és un senyal de CC.

Diagrama de connexió TRIAC i Optocoupler:

3. Potenciòmetre per controlar la velocitat del ventilador

Aquí s’utilitza un potenciòmetre per variar la velocitat del ventilador de corrent altern. Sabem que un potenciòmetre és un dispositiu de 3 terminals que actua com a divisor de tensió i proporciona una sortida de tensió variable. Aquesta tensió de sortida analògica variable es dóna al terminal d'entrada analògica Arduino per configurar el valor de la velocitat del ventilador de corrent altern.

4. Unitat de generació de senyals PWM

En el pas final, es dóna un impuls PWM al TRIAC segons els requisits de velocitat, que al seu torn varia la sincronització ON / OFF del senyal de CA i proporciona una sortida variable per controlar la velocitat del ventilador. Aquí Arduino s’utilitza per generar el pols PWM, que pren l’entrada del potenciòmetre i dóna sortida de senyal PWM a TRIAC i al circuit d’acoblador que acciona el ventilador de CA a la velocitat desitjada. Obteniu més informació sobre la generació de PWM mitjançant Arduino aquí.

Esquema de connexions

A continuació es mostra el diagrama de circuits d’aquest circuit de control de velocitat del ventilador basat en Arduino de 230 v:

Nota: He mostrat el circuit complet en una taula de treball només amb la finalitat de comprendre. No hauríeu d’utilitzar el subministrament de CA de 220V directament a la vostra placa de taula, he utilitzat una placa de punts per fer les connexions tal com podeu veure a la imatge següent

Programació de l'Arduino per al control de velocitat del ventilador de CA.

Després de la connexió de maquinari, hem d’escriure el codi per a Arduino, que generarà un senyal PWM per controlar la sincronització d’ACC / OFF de la senyal de CA mitjançant una entrada de potenciòmetre. Anteriorment hem utilitzat tècniques PWM en molts projectes.

El codi complet d’aquest projecte de control de velocitat del ventilador Arduino AC es dóna a la part inferior d’aquest projecte. A continuació s’explica per passos el codi.

Al primer pas, declareu totes les variables necessàries, que s’utilitzaran a tot el codi. Aquí el BT136 TRIAC està connectat al pin 6 d'Arduino. I la variable speed_val es declara per emmagatzemar el valor del pas de velocitat.

int TRIAC = 6; int speed_val = 0;

A continuació, dins de la funció de configuració , declareu el pin TRIAC com a sortida, ja que es generarà una sortida PWM mitjançant aquest pin. A continuació, configureu una interrupció per detectar el pas zero. Aquí hem utilitzat una funció anomenada attachInterrupt, que configurarà el pin digital 3 d'Arduino com a interrupció externa i cridarà la funció anomenada zero_crossing quan detecti qualsevol interrupció al seu pin.

void setup () {pinMode (LAMP, OUTPUT); attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (3), zero_crossing, CHANGE); }

Dins del bucle infinit, llegiu el valor analògic del potenciòmetre connectat a A0 i assigneu-lo a un interval de valors de (10-49).

Per conèixer aquest rang hem de fer un petit càlcul. Abans es va dir que cada mig cicle equival a 10.000 microsegons. Per tant, aquí es controlarà la regulació en 50 passos, que és un valor arbitrari i es pot canviar. Aquí els passos mínims es prenen com a 10, no zero, perquè els passos 0-9 donen aproximadament la mateixa potència de sortida i els passos màxims són 49, ja que pràcticament no es recomana prendre el límit superior (que és 50 en aquest cas).

Aleshores, cada temps de pas es pot calcular com a 10000/50 = 200 microsegons. S’utilitzarà a la següent part del codi.

bucle buit () {int pot = analogRead (A0); int data1 = mapa (pot, 0, 1023,10,49); speed_val = dades1; }

Al darrer pas, configureu la funció zero_crossing impulsada per interrupcions. Aquí es pot calcular el temps d’enfosquiment multiplicant el temps de pas individual amb el núm. de passos. Després d’aquest temps de retard, el TRIAC es pot activar mitjançant un petit impuls elevat de 10 microsegons que és suficient per encendre un TRIAC.

void zero_crossing () {int chop_time = (200 * speed_val); delayMicroseconds (chop_time); digitalWrite (TRIAC, HIGH); delayMicroseconds (10); digitalWrite (TRIAC, BAIX); }

A continuació es mostra el codi complet juntament amb un vídeo de treball per a aquest control de ventilador de CA mitjançant Arduino i PWM.